Question

【題目】能源是國民經濟發展的重要基礎，我國目前使用的能源主要是化石燃料。

（1）熔融鹽燃料電池具有高的發電效率，因而受到重視。可用熔融的碳酸鹽作為電解質，向負極充入燃料氣CH4，用空氣與CO2的混合氣作為正極的助燃氣，以石墨為電極材料，制得燃料電池。工作過程中，CO32－移向__(填“正”或“負”)極，已知CH4發生反應的電極反應式為CH4＋4CO32-－8e－=5CO2＋2H2O，則另一極的電極反應式為___。

（2）利用上述燃料電池，按如圖1所示裝置進行電解，A、B、C、D均為鉑電極，回答下列問題。

Ⅰ.甲槽電解的是200mL一定濃度的NaCl與CuSO4的混合溶液，理論上兩極所得氣體的體積隨時間變化的關系如圖2所示(氣體體積已換算成標準狀況下的體積，電解前后溶液的體積變化忽略不計)。

①原混合溶液中NaCl的物質的量濃度為___，CuSO4的物質的量濃度為__。

②t2時所得溶液的pH＝__。

Ⅱ.乙槽為200mLCuSO4溶液，乙槽內電解的總離子方程式：___；

①當C極析出0.64g物質時，乙槽溶液中生成的H2SO4為__mol。電解后，若使乙槽內的溶液完全復原，可向乙槽中加入__(填字母)。

A．Cu(OH)2 B．CuO

C．CuCO3 D．Cu2(OH)2CO3

②若通電一段時間后，向所得的乙槽溶液中加入0.2mol的Cu(OH)2才能恰好恢復到電解前的濃度，則電解過程中轉移的電子數為__。

Answer 1

【答案】負 O2＋2CO2＋4e－=2CO32-或2O2＋4CO2＋8e－=4CO32- 0.1molL-1 0.1molL-1 1 2Cu2＋＋2H2O2Cu＋O2↑＋4H＋ 0.01 BC 0.8NA

【解析】

（1）根據燃料電池的電極反應式進行分析；

（2）Ⅰ.電解200mL一定濃度的NaCl與CuSO4混合溶液，陽極發生2Cl--2e-=Cl2↑、4OH--4e-=O2↑+2H2O，陰極發生Cu2++2e-=Cu、2H++2e-=H2↑，結合圖可知，Ⅰ為陰極氣體體積與時間的關系，Ⅱ為陽極氣體體積與時間的關系。

Ⅱ.乙燒杯電解硫酸銅溶液，石墨為陽極，電極反應為4OH--4e-═O2↑+H2O，Cu為陰極，電極反應為Cu2++2e-═Cu，電解的總反應為2CuSO4+2H2O2Cu+O2↑+2H2SO4，結合反應進行分析。

（1）甲烷燃料電池中，負極上甲烷被氧化，電極方程式為CH4+4CO32--8e-=5CO2+2H2O，正極發生的反應是氧氣得電子的過程，電極反應為：O2+2CO2+4e-=2CO32-，生成的CO32-向負極移動；

答案為負；O2＋2CO2＋4e－=2CO32-或2O2＋4CO2＋8e－=4CO32-；

（2）Ⅰ.電解200mL一定濃度的NaCl與CuSO4混合溶液，陽極發生2Cl--2e-=Cl2↑、4OH--4e-=O2↑+2H2O，陰極發生Cu2++2e-=Cu、2H++2e-=H2↑，結合圖可知，Ⅰ為陰極氣體體積與時間的關系，Ⅱ為陽極氣體體積與時間的關系。

①由圖可知，產生氯氣為224mL，則由2Cl--2e-=Cl2↑可知，n(NaCl)=×2=0.02mol，所以c(NaCl)==0.1mol/L，由t2時生成氧氣為112mL，n(O2)==0.005mol，則共轉移電子為0.02mol+0.005mol×4=0.04mol，根據電子守恒及Cu2++2e-=Cu可知，n(CuSO4)==0.02mol，所以c(CuSO4)==0.1mol/L；

②由t2時4OH--4e-=O2↑+2H2O～4H+，n(H+)=0.005mol×4=0.02mol，則溶液的c(H+)==0.1mol/L，因此pH=-lg c(H+)=-lg0.1=1；

Ⅱ.乙燒杯電解硫酸銅溶液，石墨為陽極，電極反應為4OH--4e-═O2↑+H2O，Cu為陰極，電極反應為Cu2++2e-═Cu，電解的總反應為2CuSO4+2H2O2Cu+O2↑+2H2SO4，故答案為：2CuSO4+2H2O2Cu+O2↑+2H2SO4；

①取出Cu電極，洗滌、干燥、稱量、電極增重0.64g，則生成Cu的物質的量為=0.01mol，轉移的電子的物質的量為0.01mol×2=0.02mol，陽極反應的氫氧根離子的物質的量為0.2mol，生成的硫酸為0.1mol，根據電極方程式，電解過程中損失的元素有銅和氧，A、多加了H元素，錯誤；B、能夠補充銅和氧元素，正確；C、CuCO3與硫酸反應放出二氧化碳，相當于加入了氧化銅，正確；D．Cu2(OH)2CO3多加了H元素，錯誤；故選BC；

②加入0.2 mol Cu(OH)2后恰好恢復到電解前的濃度，Cu(OH)2從組成上可看成CuOH2O，根據“析出什么加入什么”的原則知，析出的物質是氧化銅和水，則陰極上析出氫氣和銅，生成0.2mol銅轉移電子個數=0.2mol×2 =0.4mol，根據原子守恒知，生成0.2mol水需要0.2mol氫氣，生成0.2mol氫氣轉移電子的個數=0.2mol×2 =0.4mol，所以電解過程中共轉移電子數為0.8mol，數目為0.8NA，故答案為：0.8NA。